מטחנות כדוריות הן אחד הכלים החשובים והיעילים ביותר לטחינה, ערבול וגריסה של חומרים מוצקים במעבדות ובתעשייה. המטחנה מבוססת על עיקרון פשוט אך חזק: כדורי טחינה הנעים בתוך מיכל סגור ומתנגשים בחומר, שוברים אותו לחלקיקים קטנים יותר באמצעות פגיעות, חיכוך ולחץ. היעילות של התהליך תלויה במבנה המטחנה, גודל הכדורים, החומר ממנו הם עשויים, וכמות החומר במיכל.
סוגי מטחנות כדוריות
קיימים מספר סוגים עיקריים של מטחנות כדוריות:
- מטחנות פלנטריות כמו fnu PBM-6/20/40מיכלי הטחינה מסתובבים על צירם ובו זמנית נעים במסלול מעגלי סביב ציר מרכזי. תנועה כפולה זו יוצרת כוחות צנטריפוגליים גבוהים מאוד ומאפשרת גריסה עד לרמת מיקרונים ואף ננו. הן מתאימות לחומרים קשים במיוחד ולתהליכים הדורשים ערבול אינטנסיבי.
2. מטחנות רטט ומערבל – כמו MBM-300/600/600D, בהן המיכלים נעים הלוך ושוב בתדר גבוה, והכדורים נעים מצד לצד במהירות. הן מתאימות לדגימות קטנות, גריסת תאים ביולוגיים או ערבול מהיר.
3. מטחנות קריוגניות כמו LAM-200 גרסה מיוחדת של מטחנות רטט עם מערכת קירור בחנקן נוזלי, המיועדות לחומרים רגישים לחום ולביולוגיה מולקולרית.
עקרון הפעולה
בכל מטחנה מעבדתית, כדורי הטחינה נעים בתוך מיכל סגור עם החומר. כאשר הכדורים מתנגשים אחד בשני ובקירות המיכל, הם יוצרים לחץ, פגיעה וחיכוך על החומר, מה שמקטין את גודלו בהדרגה. במטחנות פלנטריות,
התנועה הכפולה יוצרת כוחות חזקים במיוחד, ובמטחנות רטט הכדורים נעים בתנועות מהירות הלוך ושוב.
בכל מטחנה כדורית יש מיכלשבתוכו נמצאים:
חומר הגלם (אבקה, גרגרים, חלקיקים וכו')
כדורי טחינה (כדורי פלדה, זירקוניה, אלומינה, טונגסטן וכו')
הכדורים נעים ומתנגשים זה בזה, בקירות המיכל ובחלקיקי החומר – וכך יוצרים שבירה, ריסוק, גריסה או ערבול.
1. Planetary Ball Mill (למשל PBM6, PBM20, PBM40)
עקרון פעולה
מיכלי הטחינה סובבים על עצמם (כמו סביבון) סביב הציר המרכזי של המטחנה, ובו זמנית – המערכת מסתובבת סביב ציר נוסף כמו לולאה.
נוצרים כוחות צנטריפוגליים חזקים מאוד (עד פי 20 מכוח כבידה), שגורמים לכדורים:
להתנגש בחומר בעצמה גבוהה
להחליק, ללחוץ ולשייף את החומר
סוגי תנועה:
ריסוק (impact)
חיכוך (friction)
ערבוב (mixing)
מה מתקבל:
גריסה דקה מאוד – מתחת ל־1 מיקרון
תנועה כאוטית של כדורים, יעילה לדגימות קשות מאוד
-Energy Ball Mill (Emax
2. Mixer Mills (MBM300, MBM600)
עקרון פעולה
מיכלי טחינה זזים הלוך-חזור בתדר גבוה (עד 30–35 הרץ)
הכדורים בתוך המיכל מקבלים **כוח אינרציה** שגורם להם לרוץ מצד לצד ולהתנגש זה בזה ובחומר
דימוי:
כמו תנועת נדנדה מהירה מאוד עם פגיעות חוזרות ונשנות של הכדורים
מה מתקבל:
מתאים לגריסה עדינה של כמויות קטנות
טוב לריסוק תאים, רקמות, פיגמנטים רכים
---
3. , LAM-200 CryoMill
זהו Mixer Mill עם קירור אוטומטי בחנקן נוזלי:
* בזמן הרטט, החנקן מקרר את הדגימה לטמפרטורות נמוכות מאוד (עד −196°C)
* מתאים במיוחד לחומרים רגישים לחום (DNA, פלסטיק, תרופות)
איך בוחרים כדורים למטחנות למעבדה
לבחירת כדורי הטחינה השפעה גדולה על איכות ויעילות הטחינה:
1. חומר הכדורים – פלדה מתאימה לשימושים כלליים, זירקוניה לחומרים קשים מאוד ולמניעת זיהום, טונגסטן לקרמיקה ומתכות קשות, ואלומינה לחומרים בינוניים.
- קוטר הכדורים – כדורים קטנים מיועדים לגריסה עדינה ולחלקיקים קטנים מאוד, בעוד כדורים גדולים מספקים אנרגיית פגיעה גבוהה לטחינה גסה ומהירה. שילוב של גדלים שונים מאפשר טחינה יעילה יותר.כדורים בקוטר 3מ"מ לטחינה עדינה, כדורים בקוטר 8-10-13מ"מטחינה בינונית לחומרים קשים,כדורים בקוטר של 15.20מ"מ לגריסה גסה. כלל אצבע חשוב:כדורים קטנים→ משטח מגע גדול → טחינה עדינה יותר,כדורים גדולים → יותר אנרגיה לפגיעה → טחינה גסה ומהירה,רבים משתמשים בשילוב שכבות – לדוגמה: 70% כדורים גדולים + 30% קטנים, כמות הכדורים – מקובל למלא כ-40 עד 60 אחוז מנפח המיכל בכדורים,
3. יחס חומר לכדורים – נהוג להשתמש ביחס של 1:10 עד 1:20 בין החומר לבין מסת הכדורים, כדי להבטיח תנועה חופשית של הכדורים ויעילות מקסימלית.
כמה כדורים להכניס? (Ball-to-Material Ratio)
כלל אצבע:
40–60% מנפח המיכל צריך להיות מלא בכדורים**
| נפח מיכל | כמות כדורים |
| -------- | ------------------ |
| 50 מ”ל | 20–30 מ”ל כדורים |
| 250 מ”ל | 100–150 מ”ל כדורים |
4. כמה חומר טחינה להכניס?
| לדוגמה: אם הכנסת 100 גרם כדורים – תכניסי רק 5–10 גרם חומר
למה?
יותר מדי חומר → הכדורים לא ינועו טוב
מעט מדי חומר → שחיקה מוגזמת, איבוד חומר
5. מה עוד חשוב?
חייבת להישאר תנועת כדורים חופשית – אם המיכל עמוס מדי, אין טחינה אלא ערבוב.
חומר יבש? ודאי שאין היווצרות גושים.
חומר רטוב? הוסיפי נוזל במידה שתתאפשר תנועה (Slurry – לא בוץ).
